一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法，包括：在晨昏太阳同步轨道高度区间内，挑选任意轨道高度上的任意一个航天器作为观测平台，形成以地球同步轨道带90

【技术实现步骤摘要】
一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法


[0001]本专利技术属于航天
中的空间态势感知细分
，涉及一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法。

技术介绍

[0002]随着太空博弈加剧，空间目标数量大幅增长，截至2021年底，已编目空间目标超2万个，航天器所面临潜在威胁随之增加。据统计，卫星交会事件每周多达1600次，2022年1月，俄罗斯废弃卫星残骸与清华科学卫星发生极危险交会，推算最近距离仅14.5米。包含报废、解体航天器在内的空间碎片给空间环境安全带来极大挑战，全面掌握空间态势，获取空间碎片的轨道位置信息尤为重要。空间态势感知(Space SituationalAwareness,SSA)系统是国家全面掌握空间态势的重要途径，在空间资源愈发紧张的21世纪，正发挥着越来越重要的作用。其中，天基空间态势感知系统不受地球曲率和大气的影响，尤其对于具有极高战略价值的地球同步轨道(Geosynchronous Orbit,GEO)空间环境的观测优势明显。传统的天基空间态势感知系统多由“专用型”监视航天器组成，建设成本高昂、用途单一。而星敏感器作为多数航天器必备的姿态传感器，可视为“兼用型”空间碎片感知传感器，从而进一步挖掘我国大量在轨航天器的剩余价值，在不必额外发射新的空间态势感知航天器的前提下，构建庞大的天基空间态势感知网。
[0003]基于星敏感器观测平台对GEO空间目标的观测方法，能够利用在轨航天器都装有星敏感器的庞大基数，利用星敏感器构建“兼用型”空间态势感知系统，从而以较低成本构建广域、快速、泛在的天基感知网络。
[0004]但专利技术人在研究的过程中发现，星敏感器固定在航天器的安装方式以及兼用性的属性，使得基于星敏感器的观测模式不能做到像SBSS等专用型观测航天器一样，通过调整星敏感器的安装平台或航天器的姿态指向，以跟踪观测特定的空间碎片或目标区域，而只能够被动地等待碎片进入视场，以自然交会的模式开展观测，星敏感器与航天器本体固连不能随动跟踪引起观测效能低，无法确保地球同步轨道带目标被全覆盖。故本专利技术从单一航天器观测平台入手，并分别研究了单一观测平台下视场大小、轨道高度、时间对覆盖度的影响，并建立了数学模型。本专利研究内容为后续构建多观测平台的泛在感知系统奠定了技术基础。

技术实现思路

[0005]针对星敏感器在空间态势感知领域的全新应用模式，为克服由于星敏感器与航天器本体固连和不能随动跟踪所引起的观测效能低的问题，本专利技术从单一观测平台入手，在考虑太阳光照约束的条件下，研究了一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法；本专利技术有针对性地选择运行在哪些轨道上的航天器作为观测平台，以及在不影响星敏感器对恒星成像的前提下调整星敏感器的安装指向，优化了低轨太阳同步轨道航天器对高轨(GEO轨道)目标(空间碎片)的观测能力。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案来具体实现：
[0007]本专利技术公开了一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法，该方法包括：
[0008]在晨昏太阳同步轨道高度区间内，挑选任意轨道高度上的任意一个航天器作为观测平台，形成以地球同步轨道带90
°‑
i赤纬上任意点为圆心，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界为半径的扫描圆，所述扫描圆上的观测平台为用于确保地球同步轨道带目标被全覆盖的单一观测平台星敏感器观测模型；
[0009]其中，i为观测平台所在晨昏太阳同步轨道的轨道倾角。
[0010]进一步的，所述星敏感器光轴指向包括仰角和方位角；
[0011]在单一观测平台轨道坐标系O
s
X
o
Y
o
Z
o
中，星敏感器的光轴L
obs
与单一观测平台轨道子坐标系Z
o
O
s
Y
o
平面的夹角为方位角A
z
，在单一观测平台轨道子坐标系Z
o
O
s
Y
o
平面的投影与Y
o
轴负方向的夹角为仰角E
l
，靠近Z
o
轴正向为负，反之为正。
[0012]更进一步的，最佳所述仰角为星敏感器对地球同步轨道带的全覆盖时长最短的临界值的仰角；最佳所述方位角为星敏感器对地球同步轨道带的全覆盖时长最短的临界值的方位角；所述星敏感器光轴指向中的仰角与方位角共同影响扫描圆的半径，仰角比方位角的影响更显著。
[0013]优选的，星敏感器光轴指向中的仰角E
l
和方位角A
z
均不为0
°
时，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界的半径为：
[0014][0015]其中，R
s
及均为星敏感器光轴指向中的仰角E
l
和方位角A
z
均不为0
°
时，由仰角E
l
和方位角A
z
计算的扫描圆半径；表示地球同步轨道带上E2点到D2点的距离；其中，D2为天球坐标系中X轴与天赤道的交点，E2为星敏感器光轴在XO
E
Y平面上的投影与天赤道的交点；O
E
为地球质心；R
s1
为方位角A
z
＝0
°
时，由仰角E
l
计算的扫描圆半径；α
s
为观测平台轨道长半轴；α
t
为地球同步轨道带长半轴。
[0016]优选的，星敏感器光轴指向中的方位角A
z
＝0
°
，仰角E
l
不为0时，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界的半径为：
[0017][0018]其中，R
s1
及∠A1O
E
C1均为方位角A
z
＝0
°
时，仰角E
l
不为0时，由仰角E
l
计算的扫描圆半径；α
s
为观测平台轨道长半轴；α
t
为地球同步轨道带长半轴；∠A1O
E
B1表示以地球质心O
E
为顶点，A1O
E
与O
E
B1的夹角,A1为星敏感器光轴与地球同步轨道带的交点，B1为O
s
Y
o
反向延长线与地球同步轨道带的交点。
[0019]优选的，星敏感器光轴指向中的仰角E
l
＝0
°
，方位角A
z
不为0
°
时，基于所述观测平
台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界的半径为：
[0020][0021]其中，R
s2
与均为仰角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单一观测平台星敏感器观测模型构建方法，其特征在于，该方法包括：在晨昏太阳同步轨道高度区间内，挑选任意轨道高度上的任意一个航天器作为观测平台，形成以地球同步轨道带90
°‑
i赤纬上任意点为圆心，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界为半径的扫描圆，所述扫描圆上的观测平台为用于确保地球同步轨道带目标被全覆盖的单一观测平台星敏感器观测模型；其中，i为观测平台所在晨昏太阳同步轨道的轨道倾角。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述星敏感器光轴指向包括仰角和方位角；在单一观测平台轨道坐标系O
s
X
o
Y
o
Z
o
中，星敏感器的光轴L
obs
与单一观测平台轨道子坐标系Z
o
O
s
Y
o
平面的夹角为方位角A
z
，在单一观测平台轨道子坐标系Z
o
O
s
Y
o
平面的投影与Y
o
轴负方向的夹角为仰角E
l
，靠近Z
o
轴正向为负，反之为正。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，最佳所述仰角为星敏感器对地球同步轨道带的全覆盖时长最短的临界值的仰角；最佳所述方位角为星敏感器对地球同步轨道带的全覆盖时长最短的临界值的方位角；所述星敏感器光轴指向中的仰角与方位角共同影响扫描圆的半径，仰角比方位角的影响更显著。4.如权利要求1
‑
3之一所述的方法，其特征在于，星敏感器光轴指向中的仰角E
l
和方位角A
z
均不为0
°
时，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界的半径为：其中，R
s
及均为星敏感器光轴指向中的仰角E
l
和方位角A
z
均不为0
°
时，由仰角E
l
和方位角A
z
计算的扫描圆半径；表示地球同步轨道带上E2点到D2点的距离；其中，D2为天球坐标系中X轴与天赤道的交点，E2为星敏感器光轴在XO
E
Y平面上的投影与天赤道的交点；O
E
为地球质心；R
s1
为方位角A
z
＝0
°
时，由仰角E
l
计算的扫描圆半径；α
s
为观测平台轨道长半轴；α
t
为地球同步轨道带长半轴。5.如权利要求1
‑
4之一所述的方法，其特征在于，星敏感器光轴指向中的方位角A
z
＝0
°
，仰角E
l
不为0时，基于所述观测平台上的星敏感器光轴指向，构建以能够覆盖到地球同步轨道带边界的半径为：其中，R
s1
及∠A1O
E
C1均为方位角A
z
＝0
°
时，仰角E
l
不为0时，由仰角E
l
计算的扫描圆半径；α

【专利技术属性】
技术研发人员：冯飞，邢飞，姚惠生，张谦谦，汉京滨，梁友星，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：